טכנולוגיה חדשה של גלאי פוטו קוונטי

טכנולוגיה חדשה שלגלאי פוטו קוונטי

שבב הסיליקון הקטן ביותר בעולםגלאי אור

לאחרונה, צוות מחקר בבריטניה עשה פריצת דרך חשובה במזעור טכנולוגיית הקוונטים, הם שילבו בהצלחה את גלאי הפוטו הקוונטי הקטן ביותר בעולם בשבב סיליקון. העבודה, שכותרתה "גלאי אור קוונטי במעגל פוטוני משולב אלקטרוני Bi-CMOS", פורסמה ב-Science Advances. בשנות ה-60, מדענים ומהנדסים מינצנו לראשונה טרנזיסטורים על גבי שבבים זולים, חידוש שפתח את עידן המידע. כעת, מדענים הדגימו לראשונה את שילובם של גלאי פוטו קוונטיים דקים יותר משערה אנושית על גבי שבב סיליקון, מה שמקרב אותנו צעד אחד לעידן של טכנולוגיית קוונטים המשתמשת באור. כדי לממש את הדור הבא של טכנולוגיית מידע מתקדמת, ייצור בקנה מידה גדול של ציוד אלקטרוני ופוטוני בעל ביצועים גבוהים הוא הבסיס. ייצור טכנולוגיית קוונטים במתקנים מסחריים קיימים הוא אתגר מתמשך עבור מחקר אוניברסיטאי וחברות ברחבי העולם. היכולת לייצר חומרה קוונטית בעלת ביצועים גבוהים בקנה מידה גדול היא קריטית למחשוב קוונטי, מכיוון שאפילו בניית מחשב קוונטי דורשת מספר רב של רכיבים.

חוקרים בממלכה המאוחדת הדגימו גלאי פוטו קוונטי עם שטח מעגל משולב של 80 מיקרון על 220 מיקרון בלבד. גודל קטן שכזה מאפשר לגלאי פוטו קוונטיים להיות מהירים מאוד, דבר חיוני לפתיחת תהליכים במהירות גבוהה.תקשורת קוונטיתומאפשרים פעולה במהירות גבוהה של מחשבים קוונטיים אופטיים. שימוש בטכניקות ייצור מבוססות וזמינות מסחרית מאפשר יישום מוקדם בתחומי טכנולוגיה אחרים כגון חישה ותקשורת. גלאים כאלה משמשים במגוון רחב של יישומים באופטיקה קוונטית, יכולים לפעול בטמפרטורת החדר ומתאימים לתקשורת קוונטית, חיישנים רגישים במיוחד כגון גלאי גלי כבידה מתקדמים, ובתכנון של מחשבים קוונטיים מסוימים.

למרות שגלאים אלה מהירים וקטנים, הם גם רגישים מאוד. המפתח למדידת אור קוונטי הוא הרגישות לרעש קוונטי. מכניקת הקוונטים מייצרת רמות זעירות ובסיסיות של רעש בכל המערכות האופטיות. התנהגות הרעש הזה חושפת מידע על סוג האור הקוונטי המועבר במערכת, יכולה לקבוע את רגישות החיישן האופטי, וניתן להשתמש בה כדי לשחזר מתמטית את המצב הקוונטי. המחקר הראה כי הפיכת הגלאי האופטי קטן ומהיר יותר לא פגעה ברגישותו למדידת מצבים קוונטיים. בעתיד, החוקרים מתכננים לשלב חומרה טכנולוגית קוונטית משבשת אחרת בקנה מידה של השבבים, ולשפר עוד יותר את יעילותם של המערכות החדשות.גלאי אופטי, ולבדוק אותו במגוון יישומים שונים. כדי להפוך את הגלאי לזמין יותר, צוות המחקר ייצר אותו באמצעות מזרקות מסחריות. עם זאת, הצוות מדגיש כי חיוני להמשיך להתמודד עם האתגרים של ייצור ניתן להרחבה באמצעות טכנולוגיה קוונטית. ללא הדגמת ייצור חומרה קוונטית ניתנת להרחבה באמת, ההשפעה והיתרונות של טכנולוגיה קוונטית יתעכבו ויתמעטו. פריצת דרך זו מסמנת צעד חשוב לקראת השגת יישומים בקנה מידה גדול שלטכנולוגיה קוונטית, ועתיד המחשוב הקוונטי והתקשורת הקוונטית מלא באפשרויות אינסופיות.

איור 2: תרשים סכמטי של עקרון המכשיר.